脉络丛及其与衰老相关疾病的关系.pdf

Hereditas(Beijing)2024 年 2 月,46(2):109125 收稿日期:20231130;修回日期:20240102;网络发布日期:20240125 基金项目:国家自然科学基金项目(编号：32270802)资助Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.32270802)作者简介:杨韵霏，博士研究生，专业方向：衰老及衰老相关疾病的机理研究。E-mail: 通讯作者:沈义栋，博士，研究员，研究方向：衰老及衰老相关疾病的机理研究。E-mail: DOI:10.16288/j.yczz.23-294 综 述 脉络丛及其与衰老相关疾病的关系 杨韵霏1，沈义栋2,3 1.重庆医科大学附属第一医院老年病科，重庆 400016 2.中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)，细胞生物学国家重点实验室，细胞信号网络协同创新中心，上海 200031 3.中国科学院大学，北京 100049 摘要:脉络丛由位于基底层上的上皮细胞组成，相邻脉络丛上皮细胞之间的紧密连接形成了血脑脊液屏障，它与血脑屏障一起对大脑微环境的稳态至关重要。脉络丛上皮可向脑室分泌脑脊液、生长因子、神经肽和脂类物质，同时脉络丛也是免疫细胞进入大脑的门户。衰老和神经退行性疾病的病理生理学仍然还存在大量未知，越来越多的研究将脉络丛与这些年龄相关性疾病的病因关联起来。本文综述了目前已知的脉络丛上皮与年龄相关疾病之间的关系，以期为防治相关疾病提供新的线索。关键词:脉络丛；脑脊液；衰老；神经退行性疾病 Choroid plexus and its relations with age-related diseases Yunfei Yang1,Yidong Shen2,3 1.Department of Geriatric,the First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing 400016,China 2.State Key Laboratory of Cell Biology,Innovation Center for Cell Signaling Network,CAS Center for Excellence in Molecular Cell Science,Shanghai Institute of Biochemistry and Cell Biology,Chinese Academy of Science,Shanghai 200031,China 3.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China Abstract:The choroid plexus is composed of epithelial cells situated on the basal layer.The tight junctions between adjacent choroid plexus epithelial cells establish the blood-cerebrospinal fluid barrier.This barrier,in conjunction with the blood-brain barrier,is crucial for the homeostasis of the brain microenvironment.The choroid plexus epithelium secretes cerebrospinal fluid,growth factors,neuropeptides,and lipids into the ventricles and also serves as a gateway for immune cells to enter the brain.The pathophysiology of aging and neurodegenerative diseases remains largely enigmatic,with an increasing body of research linking the choroid plexus to the etiology of these age-related disorders.In this review,we summarize the known relationship between the choroid plexus epithelium and age-related diseases,aiming to provide new therapeutic clues for these disorders.Keywords:choroid plexus;cerebrospinal fluid;aging;neurodegenerative diseases 110 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 “最是人间留不住，朱颜辞镜花辞树”。随着年龄的增长，机体的各种组织和器官功能会经历退行性的变化，这是生命过程中的必然现象。随着老化，机体的组织结构更容易发生病变，导致疾病的产生，中枢神经系统是受老化影响最明显的人体系统之一。目前，与大脑衰老有关的认知能力下降已经对老年人的健康构成重大风险。大脑衰老是一个复杂的生物学过程，涉及各种生理、生化和结构性的改变，其中大脑稳态的失衡是大脑衰老一个重要的原因和表现。大脑作为人体最复杂且最重要的器官，需要严格稳定的微环境来维持正常运作。与身体其他器官不同，包括大脑在内的整个中枢神经系统浸泡在脑脊液这一特殊的体液中。脑脊液的组分与血液不同，相比于血液有着更高的稳定性，由此为中枢神经系统“特供”了一个优于全身其他组织的微环境。脑脊液主要由脑室中的脉络丛分泌合成。脉络丛作为调控脑脊液成分组成的主要结构，被形象地比喻为大脑的“看门人”。这个“看门人”具体有何功能？其功能和结构异常又和衰老以及相关疾病有何关联？目前仍存在很多未知。本文对脉络丛的作用及其与衰老相关疾病的关系进行了综述，以期为将来更深层次研究脉络丛的功能及开发相关疾病治疗的新策略提供借鉴和参考。1 脉络丛结构 脉络丛位于脑室系统，在两侧脑室、第三脑室和第四脑室各有一个脉络丛。脉络丛是一个高度血管化的组织，由特殊的上皮细胞和毛细血管组成1。脉络丛毛细血管的内皮细胞间连接松散，血液可以自由透过。脉络丛的上皮细胞形成了致密的脉络丛上皮。与其他上皮细胞类似，脉络丛上皮细胞靠近脑室腔处的胞膜间有丰富的紧密连接(tight junction，TJ)，将脑室腔与脉络丛上皮细胞的基底部的毛细管间隙分隔开来(图 1)。这层脉络丛上皮构成了血脑脊液屏障(blood cerebrospinal fluid barrier，BCSFB)。除了作为单纯的屏障系统与遍布大脑周边的毛细血管中的血脑屏障(blood brain barrier，BBB)一起阻止外周血自由渗入大脑，BCSFB 还具有强大的转运分泌功能，是将血液“过滤”成脑脊液的主要组织。与其产生脑脊液的功能一致，脉络丛上皮细胞表面有大量微绒毛和一簇初级纤毛，而且细胞两侧和基底膜之间的过渡区的细胞膜会通过细胞表面延伸而膨胀，使相邻细胞之间产生多个指状突起，导致表面积增加 10 倍，实现了脑脊液的快速有效输送和其他运输功能26。有趣的是，相比血脑屏障处的细胞，分泌脑脊液的脉络丛上皮细胞含有更高密度以及更大体积的线粒体，以满足其分泌功能和经上皮运输所需的大量能量需求7。2 脉络丛上皮的分泌功能 如前所述，脉络丛上皮的一个主要功能是产生和分泌脑脊液。脑脊液为无色透明的液体，绝大部分是水，含极少量蛋白质与免疫细胞，但有较高浓度的 Na+、K+和 Cl。脑脊液的组成和酸碱度在正常生理条件下保持动态平衡，在炎症调节等重要生命活动中发挥着独特的作用，这种稳态的维持与脉络丛上皮细胞上一些重要的水通道蛋白、离子转运体或阴离子转运通道密不可分(图 1)。过去认为，人体中水的平衡是半透膜两边渗透压差异导致的扩散。成年人的大脑每天大约会产生约 500 mL 的脑脊液，在任何给定的时刻，中枢神经系统内的脑脊液量通常有 100150 mL，这表明每天至少更换 34 次脑脊液8。由于脑脊液的主要组成成分是水，因此很难解释每天如此大量的水通过细胞 膜 的 脂 质 双 分 子 层 进 行 流 动。水 通 道 蛋 白(aquaporin，AQP)的发现很好地解释了这个问题。AQP 是介导水和一些小的无电荷分子(如甘油、糖或气体)通过质膜运输的小跨膜蛋白9。AQP是四聚体，并且包含具有相同亲水性膜蛋白的单体。每个单体包括 6 个跨膜 螺旋段和 2 个短螺旋段，由 5 个连接环连接。羧基和末端氨基结构域位于细胞内侧，这种分布使AQP能够作为亲水性整体膜蛋白发挥作用10。AQP 在不同的器官和组织中的分布不同，有证据表明 AQP1、AQP4、AQP5 和 AQP7 在脉络丛上皮细胞中表达。AQP1 位于脉络丛上皮的脑室侧1113，并且 AQP1 的表达水平和分泌能力随衰老降低8。第2期 杨韵霏等:脉络丛及其与衰老相关疾病的关系 111 图 1 脉络丛的结构与功能示意图 Fig.1 Structure and function of choroid plexus 脉络丛处血管开窗，不表达胞间连接。脉络丛上皮细胞作为开窗血管和脑脊液之间的屏障，可以感知来自血液循环和脑脊液的信号，调节物质的转运和分泌。上皮细胞是免疫细胞从血液进入脑脊液的“门户”。AQP1 是一种 cGMP 门控阳离子通道，在脉络丛中起到水通道和门控离子通道的作用，有助于调节脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)的产生14。根据 AQP1缺陷小鼠(Mus musculus)的实验结果，估计 AQP1 参与产生 20%25%的 CSF15。AQP4 是脑内表达最多的 AQP 亚型，先前有研究报道了大鼠(Rattus)脉络丛中 AQP4 微弱且弥漫的信号16。最近一项研究发现，AQP4 的 mRNA 水平在老年小鼠中增加，这表明衰老与 AQP4 表达增加之间存在关联，猜测它可以作为一种补偿机制来维持 CSF 水平17。AQP5 也在脉络丛上皮存在18，但其在脑脊液稳态中的作用还不清楚，可能和脑水肿有关19。AQP7 被称为“脂肪水通道蛋白”，其主要作用是参与脂肪代谢20。尽管AQP7 被发现在脉络丛上皮的顶膜表达21，但其在脑脊液的分泌中的作用需要进一步研究。脉络丛上皮细胞通过离子通道蛋白可以维持和调节离子浓度，特别是 K+和 Na+在脑脊液中的浓度，从而维持神经细胞的正常活动。Na+钠离子是特别重要的，因为没有 Na+就没有脑脊液的分泌。脉络丛上皮顶端膜处 Na+的排出主要是由 Na+-K+ATP 酶介导，这为各种分子的主动运输提供了电化学梯度8。除了 Na+、K+之外，碳酸酐酶对脑脊液的分泌也是十分重要的，因为碳酸氢根离子是 Na+-K+ATP 酶发挥功能所必需22。这些离子的跨细胞运输为水分子和其他溶质的分泌提供了渗透梯度。这些离子的浓度受到离子通道的调节，即使在血浆浓度发生变化时也可以保持相对稳定，从而使脑脊液的 pH 值也保持稳定。脉络丛上皮除了分泌脑脊液外，还积极合成和分泌多种信号因子。由于直接接触血液循环和脑脊液，脉络丛上皮可以充当传感器，整合并响应来自血液循环、神经系统和免疫系统的生理信号，通过动态改变自身的分泌组来感知和响应生态位的局部变化以及不同的生理信号5。脉络丛本身就是多种分子的重要来源，包括活性信号分子、营养分子和引导分子。生物活性多肽、细胞因子、细胞外基质、112 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 载体、生长因子和激素被合成并从脉络丛上皮释放到脑脊液。这些因子可以通过脑脊液的大流量到达大脑的远端区域，并以自分泌和旁分泌的方式起作用23。前人研究发现，侧脑室的脉络膜丛上皮细胞不仅可以直接接触脑脊液中脑室下区(subventricular zone，SVZ)的成体神经干细胞，而且可以分泌细胞活化和增殖因子，促进侧脑室 SVZ 成体神经干细胞的发育。这些脑微生态因子在整个生命周期中对SVZ 成体神经干细胞的神经发育起重要作用24。据报道，脉络丛上皮分泌的胰岛素样生长因子 1(insulin-like growth factor 1，IGF1)可以防止大脑发育过程中的神经元凋亡25。与 IGF1 相似，IGF2 可以与脉络丛上皮上表达的受体结合以自分泌的方式调节脉络丛上皮的生长，并对远端脑实质细胞发挥作用2629。脉络丛还在胚胎期和出生后早期向 CSF中表达和分泌多种蛋白质，已知在子宫内和临近出生的大脑发育的关键时期，血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、转化生长因子-(transforming growth factor-，TGF-)和成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor 2，FGF2)可以被脉络丛上皮分泌到脑脊液里26,30,31，分布到脑实质作用于其他脑细胞，这些生长因子有助于大脑的正常发育，修复受损的组织，表现出神经保护能力3234。并且由于脉络丛上皮本身表达 TGF-的受体，因此 TGF-也被认为可能通过自分泌的方式调节脉络丛上皮的功能35。此外，声波刺猬(sonic hedgehog，Shh)和视黄酸(retinoic acid，RA)由第四脑室脉络丛分泌到 CSF 中，脑脊液中 Shh 信号可以促进小脑颗粒前体的增殖36,37，而脑脊液中 RA 信号对小脑深部神经元、颗粒细胞以及浦肯野细胞的发育也非常重要37。总体而言，有大量证据表明，脉络丛将信号分子输送到发育中的细胞和区域，对正常大脑发育至关重要。除了上述生长因子外，脉络丛上皮还可以合成其他多肽。例如脉络丛上皮分泌的血管加压素和血管紧张素可以通过减少脉络丛血流量或影响脉络丛上皮细胞的离子通道来调节脑脊液的产生35。此外，脉络丛上皮高表达转甲状腺素蛋白，转甲状腺素蛋白是甲状腺素的转运体，可以和-淀粉样蛋白结合，中和其毒性作用并阻止其在大脑中的积聚38。除了扩散因子外，脉络丛上皮细胞还可以产生含有信号因子和非编码 RNA 的细胞外囊泡分泌到脑脊液中39,40，这些细胞外囊泡可以改变脑室周围的神经干细胞的生态位，触发神经干细胞的分化41。3 脉络丛上皮的转运功能 脉络丛上皮还具有物质转运的功能，这得益于脉络丛上皮细胞上丰富的转运体蛋白。这些转运蛋白要么有助于物质从血液转运到脑脊液，要么有利于将潜在的有害代谢物从脑脊液转运到血液中(图 1)。转运蛋白主要包括两大类：一类是 ATP 结合盒(ATP binding cassette，ABC)转运体家族，另一类是溶质载体(solute carrier，SLC)家族，这些转运蛋白选择性地分布在脉络丛上皮细胞的顶端或基底侧。ABC 转运体(ATP 结合盒转运体)是一类需要ATP(腺苷酸三磷酸)为能量源的膜转运蛋白，这些转运体能够将多种物质从细胞内泵出，包括药物和其他异物。一般来说，ABC 转运体家族多分布在脉络丛上皮细胞面向血液循环的基底膜侧，例如 ABC 转运体家族成员 ABCC1 和 ABCC4 可以将脉络丛上皮细胞细胞内的脂溶性化合物丛胞内挤出排到血液循环里。这些排出的化合物包括各种代谢废物、环境污染物或者是药物42。Matsumoto 等43研究表明，脉络丛上皮细胞表达的 ABCC1、ABCG2 和 ABCG4对于清除脑脊液里的-淀粉样蛋白有一定的作用。Furtado 等44研究发现，ABCC1 在雄性大鼠的脉络丛中以昼夜节律的方式表达，而 ABCG2 在雌性大鼠的脉络丛中以昼夜周期的方式表达，并且 ABCC4的昼夜节律模式可能部分负责了甲氨蝶呤在脉络丛上皮细胞基膜上的昼夜节律转运。但是在脉络丛中，有一种特别重要的 ABC 转运体 ABCB1，也被称为多药耐药性蛋白 1(multidrug resistance protein 1，MDR1)，编码 p-糖蛋白，位于脉络丛上皮细胞的顶端侧45,46。由于 p-糖蛋白的存在，很多药物不能有效地进入大脑，这也为中枢神经系统药物的研发带来了挑战47。SLC 转运蛋白是一大类跨膜转运蛋白，负责细胞内外之间多种溶质的主动和被动运输，包括氨基酸、糖、核苷酸、离子、神经递质以及其他小分子。截止 2021 年，SLC 家族已被分类超过 65 个子家族，其中包含 400 种不同的转运蛋白，是细胞膜上最大 第2期 杨韵霏等:脉络丛及其与衰老相关疾病的关系 113 的一类转运蛋白。一般来说，除了 SLCO1A4 定位于脉络丛上皮细胞的基底膜侧，其他已被发现在脉络丛表达的 SLC 都定位于脉络丛上皮细胞的顶端侧。SLCO1A4 又 称 为 有 机 阴 离 子 转 运 肽 成 员 1a4(organic anion transporting peptide 1a4，Oatp1a4)，在脉络丛处可以介导其底物药物通过 BCSFB 进行转运48。该家族成员之一 SLC22A8，又被称为有机阴离子转运体(organic anion transporter 3，Oat3)，主要定位在脉络丛上皮细胞的顶端膜上，主要负责有机阴离子丛脑脊液到血液的转运47。SLC16A1 也被称为单羧酸转运蛋白 1(monocarboxylate transporter 1，MCT1)，其主要作用是将单羧酸盐溶质(如乳酸盐和丙酮酸盐)转运到大脑中，有研究报道-羟基丁酸(GHB)这种治疗失眠的药物在血脑脊液屏障处的转运主要由 MCT1 介导49。SLC46A1，也被称作质子耦联叶酸转运体(proton-coupled folate transporter，PCFT)，位于脉络丛上皮细胞的顶端，负责将血液循环中的叶酸转运到脑脊液里面，缺乏 SLC46A1 的人会导致中枢神经系统叶酸缺乏，甚至造成死亡50。最近一项关于啮齿类动物和人脉络丛的蛋白质组学研究表明，在大鼠和人脉络丛之间，某些转运蛋白如 SLC15A2 或 SLC47A1 的丰度可能存在差异，但物种之间转运体介导的外排系统的底物特异性具有较大部分重叠51。除了转运蛋白外，受体介导的转胞吞作用也是脉络丛上皮完成物质交换的机制(图 1)。一些物质需要结合特异性受体，通过受体介导的转胞吞作用从血液循环进入脑脊液或从脑脊液转移到血液循环中。转铁蛋白受体(transferrin receptor，TfR)是一种跨膜糖蛋白，介导含铁转铁蛋白(transferrin，Tf)的转运52。在脉络丛上皮中，铁-Tf 复合物在细胞膜上与 TfR 结合后通过内吞作用内化，随后形成内体并酸化。由于铁与 Tf 的结合依赖于 pH，因此铁在酸化时释放，并通过内体膜转运到胞质中。与游离 Tf 结合的 TfR然后再循环到细胞膜并释放53。由于 TfR 在大鼠和人的脉络丛上皮细胞中高度表达，该受体可能在维持大脑微环境中的铁稳态发挥重要作用54,55。此外，脉络丛上皮细胞还存在丰富的胰岛素受体。利用定量分析，发现大鼠脉络丛上皮细胞中的胰岛素受体的含量大于其他脑区或肝脏中的含量，这表明脉络丛可能是胰岛素从血液转运到脑脊液的靶点56,57。然而，目前尚无直接的研究表明胰岛素在脉络丛上皮细胞中的转胞吞过程是如何发生的。与胰岛素受体一样，大鼠和人的脉络丛上皮细胞中都存在高密度的胰岛素样生长因子受体(insulin-like growth factor receptors，IGFR)5860。IGFR 和胰岛素受体具有相似的结构，参与介导胰岛素、IGF1 和 IGF2 的细胞内作用。其中 IGF1R 被认为与低密度脂蛋白受体相关蛋白 2(low-density lipoprotein receptor-related protein 2，LRP2)相互作用，将 IGF1 从血液输送到CSF61，而脉络丛上皮细胞中 IGF2R 的作用仍有待研究。4 脉络丛上皮的屏障功能 血 脑 屏 障(BBB)与 脉 络 丛 的 血 脑 脊 液 屏 障(BCSFB)都是大脑的关键防护机制，但它们的结构和功能有所不同。脉络丛的 BCSFB 主要负责调控从血液到脑脊液的物质交换，确保大脑和脊髓的稳定和安全的微环境。功能良好的 BCSFB 对于保护中枢神经系统免受可能携带炎症化合物、病原体和毒素的血液循环的伤害来说至关重要。与大脑微血管内皮细胞之间的紧密连接(BBB 的结构基础)不同，脉络丛的上皮细胞顶端区域之间的紧密连接(tight junction，TJ)和粘附连接(adherens junction，AJ)是BCSFB 的主要结构。它们控制细胞旁运动，并通过阻止跨膜蛋白在顶端和基底侧膜结构域之间的扩散来保证细胞极性。构成脉络丛上皮细胞紧密连接的蛋白包括 Occludin、Claudin-1、Claudin-2、Claudin-3和 Claudin-116264，以及 ZO-1、ZO-2 和 ZO-365。最近研究发现，Alix 蛋白是形成脉络丛顶端 TJ 的重要因素。这种蛋白质在内吞作用和内体分选过程中发挥作用，并在 BCSFB 中高度表达。Alix 对促进脉络丛上皮细胞顶端 TJ 结构的发育至关重要。如果没有 Alix，脉络丛 TJ 结构会完全紊乱，从而导致脑积水66。AJ 与 TJ 在脉络丛上皮抑制许多分子的细胞旁运动，维持细胞之间的物理联系67(图 1)。与 TJ不同的是，这些 AJ 位于基底膜附近68，并且在 TJ形成之前，AJ 先建立了细胞间的接触，这是 TJ 成熟和维持的先决条件，AJ 和 TJ 之间的连续串扰对于连接复合物的功能是必要的69。脉络膜丛上皮除了表达粘附蛋白外，还表达肌动蛋白丝结合蛋白，114 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 这表明 AJ 的形成可能需要支架蛋白-粘附蛋白复合物70。虽然已知 BCSFB 可以限制血液循环分子进入大脑，但与 BBB 相比，BCSFB 被认为更具有渗透性。例如，使用注射示踪剂的实验表明，BCSFB 限制了辣根过氧化物酶进入大脑，但允许镧离子(La 3+)的细胞旁转运，这与 BBB 中的情况不同71。这种对物质不同的通透性被认为是由于大脑内皮细胞和脉络丛上皮细胞中的 TJ 亚型的表达模式和分布不同引起的42。例如脉络丛上皮高表达 Claudin-2，Claudin-2 是典型的具有分泌功能的上皮特征，它可以形成一个对阳离子(K+、Na+)有选择性的细胞旁通道，也是唯一可以共运水分子的 Claudin，而 BBB缺乏 Claudin-2 的表达72。BCSFB 具有一定的渗透性的另一个原因可能是脉络丛上皮的跨上皮电阻低，这也是分泌上皮所共有的特征，这与活跃的但受调节的离子渗透有关73。但是，这种观察到的“渗透性”不适用于有机化合物和大分子。由于脉络丛上皮细胞对细胞旁途径的限制和细胞内生化和酶具有特异性，其可以形成一个强大的屏障以阻止有害化合物浸润或在脑脊液中积聚。5 脉络丛上皮的免疫功能 脉络丛不仅是中枢神经系统和外周循环之间的一个主要交界点，而且其在维持大脑的免疫特权中具有关键作用。脉络丛上皮细胞形成的 BCSFB 是中枢神经系统和外周血流之间的一道重要屏障，该屏障可以在一定程度上限制免疫细胞进入中枢神经系统。一般认为，免疫细胞在某些疾病或炎症状态下可以穿越脉络丛进入 CNS，然而，最近的研究表明在健康成人的脉络丛基质和脑脊液中显示出丰富的CD4 阳性记忆 T 细胞74。脉络丛可以直接与 CSF 和血液相互作用，这可能导致脉络丛成为免疫细胞进入脑脊液的“门户”(图 1)。此外，生理状态下脉络丛上皮细胞之间也有髓系细胞的浸润，例如树突状细胞可以夹杂在上皮细胞之间，将其树突延伸到充满 CSF 的脑室75，在那里它们可能吸收 CSF 里的抗原并呈递给脉络丛中的 T 细胞76。Ling 等77研究报道脑室内也有巨噬细胞，来源于间质巨噬细胞，它们通过脉络丛上皮细胞的跨细胞途径进入脑室，或通过上皮细胞之间的细胞间隙进入脑室。Xu 等78使用清醒小鼠的慢性双光子成像观察到在小鼠脑膜炎模型中中性粒细胞和单核细胞在脉络丛基质中积聚，并通过上皮细胞涌入 CSF，而单核细胞可以进行双向运输，并且巨噬细胞可以从 CSF 到脉络丛帮助消除中性粒细胞并修复屏障。这些研究证明脉络丛是一种调节大脑炎症的复杂的免疫器官。干扰素-被认为是免疫细胞通过脉络丛运输的关键分子，干扰素-上调黏附分子在脉络丛上皮细胞的顶端表达，这有利于免疫细胞从基底部向顶端方向迁移79。也有学者发现 I 型和 II 型干扰素信号之间的平衡是调节免疫细胞进入中枢神经系统的关键，并且免疫细胞通过脉络丛进入中枢神经系统的次优运输可能是神经退行性疾病病理生理学中的一种潜在机制80。6 脉络丛上皮与衰老 脉络丛是位于大脑脑室的细胞网络，在维护血脑脊液屏障方面发挥着重要作用。这一屏障对于保护大脑免受血液中有害物质的侵害和维持大脑环境的平衡至关重要。随着年龄的增长，血脑脊液屏障的结构和功能会发生一些明显的变化。在形态和结构上，脉络丛上皮会经历萎缩、纤维化和钙化，具体体现为细胞高度降低约 15%81、基底膜的变厚、基底膜下结缔组织间质增加82,83。并且，脉络丛上皮细胞中其他蛋白质内含物如细胞内神经原纤维缠结样聚集物84或 Biondi 环内含物也明显增加，研究还发现脂褐素也在脉络丛上皮有沉积85。随着年龄的增加，脉络丛上皮钙化增加，但机制目前还不清楚86。近来有研究发现，老年小鼠脉络丛上皮细胞微绒毛长度减少 10%、线粒体密度下降、膜电位下降、线粒体运动性下降87，并且潜在的破坏性氧化应激也会增加88，例如内质网应激增加以及自由基损伤的积累。紧密连接蛋白对维持屏障的完整性至关重要，而在衰老过程中脉络丛中紧密连接蛋白表达减少，血脑脊液屏障的渗透性增加，会让更多毒素、病原体、免疫细胞或炎症分子进入大脑89，从而加剧神经炎症和损伤，并可能导致认知能力下降和其他与衰老相关的大脑变化(图 2)。第2期 杨韵霏等:脉络丛及其与衰老相关疾病的关系 115 图 2 脉络丛在衰老和年龄相关疾病中的改变以及靶向脉络丛的治疗策略 Fig.2 Changes of choroid plexus in aging and age-related diseases and therapeutic strategies for targeting choroid plexus 衰老和年龄相关疾病中的脉络丛上皮逐渐“扁平化”、胞间连接减少、线粒体受损、氧化应激增加、免疫细胞浸润增加、营养成分分泌减少、炎症因子分泌增加以及对 A 的清除能力下降等表现。针对脉络丛上皮的改变，脉络丛或脉络丛上皮细胞移植疗法、换脑脊液疗法以及免疫疗法可以作为治疗衰老以及年龄相关疾病的新策略。除了结构变化以外，脉络丛的功能也随年龄增加发生了重大变化，尤其是对脑脊液的生成和分泌产生了影响。一项通过核磁共振进行的小型非侵入性相图研究发现，年轻人与老年人的脑脊液生成没有差异90。然而，近年来越来越多的研究发现正常老年人比正常年轻人的脑脊液分泌减少约 50%91,92。这种减少可归因于脉络丛的结构变化，如萎缩和纤维化以及流向该区域的血流潜在变化。前人研究发现，老 年 人 脉 络 丛 中 抗 利 尿 激 素 水 平 升 高，Na+-K+ATP 酶活性的功能也会出现缺失，这可能也是导致脑脊液的分泌功能下降的原因之一93,94。CSF 在头骨内缓冲大脑和提供浮力支持方面起着至关重要的作用。CSF 容量的减少会降低这种缓冲作用，从而可能使大脑更容易受到物理创伤的伤害。CSF 的主要功能之一是帮助清除大脑中的代谢废物。CSF 生成和周转的下降会导致废物清除效率降低，从而导致潜在的有害物质在大脑中积累95。这与神经退行性疾病尤其相关，因为异常蛋白质的积累是神经退行性疾病的一个标志性特征。同时，CSF 生成和流动速度的变化会影响脑内液体运动的整体动态。这会影响营养物质的分配和废物的清除，还可能影响神经活性物质在脑内的分配方式，如胰岛素样生长因子、甲状腺素、瘦素和转铁蛋白等81,96,97。衰老后脑脊液的成分也会发生改变。Peters 等98利用非靶向质谱分析了不同年龄段人脑脊液中代谢产物变化，其研究数据显示，细胞色素 P450 系统、免疫系统以及与微生物系统相关的物质最常与衰老相关。他们还观察到核苷/核苷酸的显著富集，这些代谢物通常参与嘌呤、嘧啶和 NAD+能量相关代谢，以及咖啡因、色氨酸和苯丙氨酸代谢。类似地，Carlsson 等99通过液相色谱高分辨质谱对 3074 岁健康受试者的脑脊液代谢组进行了研究，并分析了其与年龄的关系，发现 10 种代谢物与衰老显著相关，其中有 8 种随着年龄增长而增加，分别为异亮氨酸、乙酸肉碱、哌啶酸盐、蛋氨酸、戊二酰肉碱、5-羟色氨酸、酮油酸和马尿酸；有两种随着年龄的增长而减少，分别为甲基硫腺苷和 3-甲基腺嘌呤，这说明脑脊液中氨基酸、核酸等代谢产物与衰老过程有所关联。同时，作为免疫器官，脉络丛的免疫功能也在 116 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 衰老过程中发生了显著改变。脉络丛通过表达促进白细胞迁移的粘附分子，作为白细胞进入中枢神经系统的门户，导致脑内固有免疫细胞小胶质细胞的激活100。Baruch 等101观察发现，在衰老期间，脉络丛中的一氧化氮(nitric oxide，NO)水平上调，从而增加了从脉络丛门户进入中枢神经系统的免疫细胞。Baruch 等102还发现在老年小鼠和人类中，脉络丛显示了 I 型干扰素(type I interferon，IFN-I)依赖的表达谱，通常与抗病毒反应相关，这一特征是由老年小鼠脑脊液中存在的脑源性信号引起的；该研究还在脉络丛中确定了一个由衰老诱导的 IFN-I 特征，并证明了其对脑功能的负面影响，从而为与年龄相关的认知衰退的治疗干预提供了一个潜在的靶点。另外，衰老通常与慢性低度炎症的增加有关，即所谓的炎症老化。随着年龄的增长，脉络丛会成为细胞因子和其他炎症介质水平升高的来源103，这些物质在大脑中的水平升高会导致神经炎症，而神经炎症又是阿尔茨海默症(Alzheimers disease，AD)和帕金森氏综合征(Parkinsons disease，PD)等神经退行性疾病恶化的关键因素104。7 脉络丛上皮与神经退行性疾病 7.1 阿尔茨海默症 在过去的几十年里，平均预期寿命急剧增加。因此，世界人口中老年人的数量不断增加，激发了人们对年龄相关疾病的兴趣。AD 是最常见的衰老相关疾病，其主要的病理特征是 A 斑块的细胞外积聚、神经原纤维缠结，以及神经元中过度磷酸化的 tau蛋白在神经元和血管积聚。虽然血脑屏障在 AD 中得到了广泛的研究，但对血脑脊液屏障的研究却在很大程度上存在不足。近年来，研究者们开始关注脉络丛在 AD 发病机制中的角色。与正常的生理性衰老相似，AD 患者的脉络丛也发生了一些形态学改变，包括基底膜增厚、血管和上皮形态改变、基质内上皮萎缩和纤维化97。A 的沉积可以诱导脉络丛上皮细胞核和细胞体积的收缩105，而 IV 型胶原含量的增加或许是基质纤维化的原因106,107。此外，脉络丛上皮细胞内的 Biondi环缠结在 AD 患者中更为普遍，组织学分析揭示了构成 Biondi 环的物质包括 tau 蛋白、纤连蛋白、泛素以及脂滴，这些物质在细胞质中出现可能会对质膜造成机械损伤85。AD 小鼠脉络丛上皮细胞的细胞质中也存在着更多的脂褐素颗粒，这些颗粒由高度氧化的交联大分子产生，影响囊泡运输和细胞生理108。AD 中 BCSFB 的完整性也由于沉积过多的 A而受到损害，导致有毒有害的分子通过细胞旁运输进入脑脊液，损害大脑稳态。Brkic 等105研究发现，脑脊液中过量的 A 增加了脉络丛中基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)的表达，并下调了脉络丛中的紧密连接蛋白 claudin-5、occludin和 claudin-1 的表达。同时，在 AD 患者和 AD 小鼠模型脉络丛中也发现基质金属蛋白酶水平的增加和紧密连接蛋白 claudin-5、claudin-11 和 claudin-18 水平的降低105,109,110。这些发现提示，在 AD 中，A在脉络丛中的沉积导致紧密连接蛋白下降，MMP 水平升高，这可能会损害 BCSFB 的完整性和功能。维持 CSF 的成分和体积对于确保大脑功能的正常至关重要，脉络丛有助于从 CSF 中去除有害化合物。例如，A 必须不断地从大脑中清除，以防止其积累和聚集，在该过程中，来自脑实质的 A 很容易到达 CSF，并流到脉络丛附近被输送出去111。然而，AD 患者脉络丛的 CSF 分泌和运输能力下降，导致CSF 介导的 A 清除减少112(图 2)。大脑中 A 的去除还依赖于几种转运蛋白，包括低密度脂蛋白受体相 关 蛋 白(low-density lipoprotein receptor-related protein 1，LRP1)、ABCC1 和晚期糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)，这 3 种蛋白都存在于脉络丛中，表明脉络丛在脑间质液到血流的 A 清除中起作用113115。但是，对AD 模型的研究表明 LRP1 和 ABCB1 在脉络丛中的表达增加，RAGE 的表达保持不变，这和血脑屏障里的情况不一致，因此可能会抵消血脑屏障功能的丧失115,107。尽管脉络丛 A 转运蛋白的表达增加，但脉络丛的上皮基底膜增厚和胶原沉积增加，这可能限制了溶质交换。除上述转运蛋白外，还有转甲状腺素也与 A 清除相关，它们由脉络丛合成并分泌到脑脊液中。在 AD 转基因小鼠模型中，转甲状腺素基因的突变可加速 A 的沉积，提示转甲状腺素在清除 A 中可能发挥作用。第2期 杨韵霏等:脉络丛及其与衰老相关疾病的关系 117 根据最新的研究结果提示 AD 显著的特征之一是慢性神经炎症的产生。Stopa 等116根据转录组测序结果提示在 AD 患者的脉络丛中，许多与急性期反应相关的炎症因子基因表达升高，在 AD 患者脑脊液中也发现炎症细胞因子-肿瘤坏死因子 (tumor necrosis factor alpha，TNF-)水平明显高于非 AD 患者，这可能导致血脑脊液屏障渗透性增加117,118。脉络丛同时也是外周免疫系统和大脑之间的重要界面，循环免疫细胞也会在脉络丛处巡逻，感知大脑的改变，分泌免疫活性物质，调节免疫细胞从脉络丛这个门户进入中枢神经系统119(图 2)。在神经退行性疾病中，外周免疫细胞(如单核细胞和淋巴细胞)的迁移、外周免疫系统的激活会导致细胞因子和趋化因子等炎症介质的分泌增加。这些介质可以通过脉络丛到达大脑，持续影响中枢炎症，加剧神经元损伤，导致疾病恶化。然而，与其他细胞因子不同的是，近期有研究发现干扰素 (interferon-gamma，IFN-)在 AD 患者脉络丛中的信号传导会减少，以及一些促进白细胞迁徙的粘附分子也比正常对照组更低，例 如 细 胞 间 粘 附 分 子 1(intercellular adhesion molecule 1，ICAM1)、血管细胞粘附分子 1(vascular cell adhesion molecule 1，VCAM1)、C-X-C 基序趋化因子 10(chemokine C-X-C ligand 10，CXCL10)和趋化因子C-C基序配体2(C-C motif ligand 2，CCL2)，这些分子的降低会减少调节性 T 细胞(regulatory T cells，Tregs)从脉络丛进入中枢神经系统，进而破坏免疫稳态，形成免疫抑